顶管工程中矩形沉井土抗力计算方法探讨.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com．．I地下工虐顶管工程中矩形沉井土抗力计算方法探讨魏纲’徐日庆’龚慈’刘加湾”r浙江大学岩土工程研究所，杭州310027)(“中国联合工程公司，杭州310006)摘要：顶管施工中，顶管工作井后背的稳定与变形控制是顶管工作的重要关键之一。分析了矩形沉井工作井的受力性状，对矩形沉井后背土抗力分布形式进行了探讨，提出了呈梯形分布的后背竖向土抗力分布形式，并根据沉井的整体受力平衡求得沉井工作井允许的最大土抗力和顶力计算公式。通过算例，采用水土合算得到的允许顶力与实测最大顶力非常接近，符合实际情况。关键词：顶管矩形沉井工作井顶力土抗力分布

2、形式1矩形沉井工作井受力性状分析力达到被动土压力，此时工作井达到临界状态。顶力1．1工作井的受力性状分析再增大，则后座井壁后部土体发生破坏，沉井发生倾覆。在顶管施工前，沉井井壁与土体之间的土压力矩形沉井的受力分析如图1所示。图中L为沉ft介于静止土压力与主动土压力之间。由于沉井结构———⋯———-———-———-刚度较大，可假定为静止土压力。在受到顶力作用———-———-后，可忽略钢制的后靠背，假设主顶油缸的推力通过———-—·-_—一P—一f———-前壁后座墙均匀地作用在工作井后的土体上【l1。由于矩———-———-———-形沉井刚度较大、整体性强，破坏主要是由后座井壁后部

3、土体的土压力超过被动土压力引起的。当顶力较小时，顶力首先由作用于井壁的静止——————一土压力平衡。随着顶力的增大，顶力一部分由后背图1矩形沉井受力分析图土体承担，一部分由井侧壁摩阻力和井底摩阻力承井长度，B为沉井宽度。沉井受到的作用力有：顶力担。当井侧壁摩阻力和井底摩阻力小于静摩阻力时，F、后座井壁后部土抗力、井侧壁摩阻力f侧壁、井不产生井位移。由于后座井壁的刚度不是无限大，底摩阻力f和前壁主动土压力。在顶力作用下要产生变形，且与其后部土体的变形1．2后背土抗力分布形式探讨保持协调。后部土体要达到被动土压力需较大位移，对于顶管施工中后背竖向土抗力分布形式，现砂土约为0．00

4、5H，黏性土约为QlH(H为挡墙高度)【21。有的4种分布形式，见图2。主要可以分为两类：一在软土地区，如果后座井壁后部土体较软、没有加是按挡土墙朗肯被动土压力理论计算，土抗力呈线固，要达到被动土压力所需的位移光靠后座井壁变性分布，如图2a)、2c)、2d)所示；二是借鉴弹性地形显然不够，因此在土体达到破坏之前必定会产生基梁法，竖向土抗力简化为三部分，如图2b)所示，井位移。～t二j当顶力克服了井侧壁和井底的静摩阻力时，沉昌==井开始产生井位移。井壁和井底变为滑动摩擦，摩j阻力为定值，多余的顶力由后座井壁后部土体承担。井位移产生的前提条件是工作井的结构要牢固，后匿lF==、=

5、j三二=j座井壁与井侧壁、井底的连接处不断裂。随着井位————=移变大，由于达到主动土压力所需的位移较小，前壁土体首先达到主动土压力。后背土体位移等于井位移加上后座井壁的变形，当达到某一值时，最大土抗图2后背竖向土抗力分布形式50中国市政工程2005年第1期(总第113期)维普资讯http://www.cqvip.com最大反力出现在后座墙后面的土体范围内。这两种式中：为单位土体的重力，kN·m；K为被动土压方法都有不足之处：对于第一类方法，由于一般矩形力系数，K=tan(45。+／2)；为土体内摩擦角；c为沉井的长宽比较小，通常在2-3之间，只有当挡土土体黏聚力，kPa；q

6、为后座井壁后部地面均布荷载，kN·m之。墙长宽比大于4时，朗肯理论才能较为准确地反映实际的土压力情况⋯；对于第二类方法，忽略了井底2．1．2井侧壁摩阻力计算以下的土体对后座井壁底部的阻挡作用，井底部分井侧壁总摩阻力f侧壁：的土抗力不可能为三角形分布，井壁最底部的土抗f擘=2AlLHr，(2)力也不为零。式中：入为折减系数，视沉井深度、沉顶时差和设计在实际施工中，由于顶力较大及后座井壁刚度参数的准确度取0．4-0．7⋯；f为土体对沉井的平均有限，后座井壁要产生弹性变形，因此后背竖向土抗摩阻力(单位值)，可参考沉井下沉时的摩阻力。力可以采用考虑位移的土压力计算方法计算。假设2．1

7、．3井底摩阻力计算后座井壁的变形曲线为抛物线，则在顶力中心线处井底摩阻力f：f=入2(3)位移最大。计算结果表明，沉井后背竖向土抗力分式中：入为折减系数，一般取0．6～0．8；为沉井刃布形式接近于梯形分布，折点约位于沉井内底处。脚平面处土体受到的作用力，等于沉井与井内设备为简化计算，假定后背竖向土抗力分布为梯形，自重减去地下水浮力；为摩阻系数，黏性土取如图3所示。图中h。为地面到后座墙顶部的距离；0．25-4)．4，砂土取0．5～1．0，土的强度越高，取值越大⋯】。2．1．4前壁主动土压力计算位移／黏／